天津大学第五版物理化学下册习题解答
第六章 相平衡
6-1 指出下列平衡系统中的组分数C ,相数P 及自由度数F : (1)I 2(s )与其蒸气成平衡;
(2)CaCO 3(s )与其分解产物CaO (s )和CO 2(g )成平衡;
(3)NH 4HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH 3(g)和H 2S(g)成平衡; (4)取任意量的NH 3(g)和H 2S(g)与NH 4HS(s)成平衡;
(5) I 2作为溶质在两不相互溶液体H 2O 和CCl 4中达到分配平衡(凝聚系统)。 解:(1) S-R-R '=1-0-0=1;P=2;F=C-P+2=1 (2) S-R-R '=3-1-0=2;P=3;F=C-P+2=1 (3) S-R-R '=3-1-1=1;P=2;F=C-P+2=1 (4) S-R-R '=3-1-0=2;P=2;F=C-P+2=2 (5) S-R-R '=3-0-0=3;P=2;F=C-P+1=2 6-2
常
见
的
)
(32s CO Na 水合物有
)(10)(7),(232232232s O H CO Na s O H CO Na s O H CO Na ???和
(1)101.325kPa 下,与32CO Na 水溶液及冰平衡共存的水合物最多有几种? (2)20℃时,与水蒸气平衡共存的水合物最多可能有几种? 解 系统的物种数S=5,
即H 2O 、)(32s CO Na 、)(10)(7),(232232232s O H CO Na s O H CO Na s O H CO Na ???和。 独立的化学反应式有三个:
)()()(232232s O H CO Na l O H s CO Na ?=+
)(7)(6)(2322232s O H CO Na l O H s O H CO Na ?=+? )(10)(3)(72322232s O H CO Na l O H s O H CO Na ?=+?
则R=3
没有浓度限制条件 0'
=R
所以,组分数 C=S-R-'R =5-3-0=2
在指定的温度或压力的条件下,其自由度数 F=C-P+1=3-P 平衡条件下F=0时相数最多,因此上述系统最多只能有3相共存。
6-3 已知液体甲苯(A )和液体苯(B )在90℃时的饱和蒸气压分别为kPa
p s
A 22.54=和kPa p s
B 12.136=。
两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为3.00,=B x 的甲苯-苯混合物5 mol ,在90℃下成气-液两相平衡,若气相组成为4556.0=B y ,求: (1)平衡时液相组成B x 及系统的压力p ;(2)平衡时气、液两相的物质的量n (g ),n (l )。
解:(1)理想液态混合物,A 、B 均适用拉乌尔定律,故有
B B B s
B B s A B A kPax x kPa x p x p p p p 12.136)1(22.54)1(+-=+-=+= (1)
p x kPa p x p p p y B B s B B B /12.136//4556.0?==== (2)
由式(1)及式(2)得
B B kPax x kPa p 12.136)1(22.54+-= (3) p x kPa B /12.1364556.0?= (4)
联立式(3)与式(4),解得 kPa p 70.74=,2500.0=B x (2)根据杠杆规则
mol
mol l n n g n mol mol n x y x y l n B
B B B 216.1)784.35()()(784.352500
.04556.03000
.04556.0)(0,=-=-==?--=
--=
6-5 已知甲苯、苯在90℃下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa 和136.12kPa 。两
者可形成理想液态混合物。
取200.0g 甲苯和200.0g 苯置于带活塞的导热容器中,始态为一定压力下90℃的液态混合物。在恒温90℃下逐渐降低压力,问:(1)压力降到多少时,开始产生气相,此气相的组成如何?(2)压力降到多少时,液相开始消失,最后一滴液相的组成如何?(3)压力为92.00kPa 时,系统内气、液两相平衡,两相组成如何?两相的物质的量各多少?
解:(1)与开始产生气相平衡的液相,其组成同原始液态混合物,所以气相的压力为 98.54kPa
92/20078/20092/20022.5492/20078/20078/20012.136**=??? ?
?+?++?=+=kPa x p x p p 甲苯甲苯苯苯
气相组成为 7476.054.9892/20078/20078/20012.136/*=÷??? ?
?+?==p x p y 苯苯苯 (2)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始液态混合物
苯甲苯苯甲苯苯苯苯x p p p p p x p y )( ;/*
***-+==
上两式联立解得: 苯
甲苯
苯苯苯
甲苯苯y p
p p y p x )(***
*
--=
3197.092
/20078/20078
/200)22.5412.136(12.13692/20078/20078/20022.54=+?
--+?
=
kPa
kPa x 40.80]3197.0)22.5412.136(22.54[)p p (p p *
**=-+=-+=∴苯甲苯苯甲苯 (3) 苯
甲苯苯甲苯x )p p (p p *
**-+= 625
.000.92/4613.012.136/p 4613.022
.5412.13622
.5400.92 *=?===--=p x y x 苯苯苯
苯 原始液态混合物的组成为
mol mol n n n n x l g l g 022.3n ,709.1n 9220078200541.06825.04613.0541.0541
.092/20078/20078
/200 l g ==??
??
????
?? ??+=+--==+='联立解得:
苯
6-6 101.325kPa 下水(A )-醋酸(B )系统的气-液平衡数据如下: t/℃ 100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.1 x B 0 0.300 0.500 0.700 0.900 1.000 y B
0.185
0.374
0.575
0.833
1.000
(1)画出气-液平衡的温度-组成图;(2)从图上找出组成为x B =0.800的液相的泡点; (3)从图上找出组成为y B =0.800的气相的露点;(4)105.0℃时气-液平衡两相组成是多少?
(5)9kg 水与30kg 醋酸组成的系统在105.0℃达到平衡时,气、液两相的质量各为多少?
解:(1)根据题给的数据,画出在101.325kPa 下水(A )-醋酸(B )系统气-液平衡的温度-组成图,如下图所示。
(2)由图查得x B =0.800的液相的泡点为110.2℃。 (3)由图查得y B =0.800的液相的露点为112.8℃。
(4)由图查得105.0℃时气-液平衡两相的组成为x B =0.544, y B =0.417。 (5)M A =60.052,M B =18.015,y B =0.417,x B =544
系统的总组成 500.0015
.18/109052.60/1030052.60/1030333
=?+??=
'B x 系统总量 n 总=(30×103/60.052+9×103/18.015)mol=999.15mol